iOS开发-OpenGL ES入门教程2

教程

OpenGLES入门教程1-Tutorial01-GLKit
这次的是shader编译链接、glsl入门和简单图形变换。

OpenGL ES系列教程在这里。
OpenGL ES系列教程的代码地址 - 你的star和fork是我的源动力，你的意见能让我走得更远。

效果展示

核心思路

不采用GLKBaseEffect，编译链接自定义的着色器（shader），用简单的glsl语言来实现顶点和片元着色器，并对图片用简单的图形变换。

具体细节

1、shader编译

• c语言编译流程：预编译、编译、汇编、链接
• glsl的编译过程类似c语言，主要有glCompileShader、glAttachShader、glLinkProgram三步；

- (GLuint)loadShaders:(NSString *)vert frag:(NSString *)frag {
    GLuint verShader, fragShader;
    GLint program = glCreateProgram();
    
    //编译
    [self compileShader:&verShader type:GL_VERTEX_SHADER file:vert];
    [self compileShader:&fragShader type:GL_FRAGMENT_SHADER file:frag];
    
    glAttachShader(program, verShader);
    glAttachShader(program, fragShader);
        
    //释放不需要的shader
    glDeleteShader(verShader);
    glDeleteShader(fragShader);
    
    return program;
}

- (void)compileShader:(GLuint *)shader type:(GLenum)type file:(NSString *)file {
    //读取字符串
    NSString* content = [NSString stringWithContentsOfFile:file encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil];
    const GLchar* source = (GLchar *)[content UTF8String];
    
    *shader = glCreateShader(type);
    glShaderSource(*shader, 1, &source, NULL);
    glCompileShader(*shader);
}

2、glsl入门

glsl是OpenGL的着色器语言，有c基础可以很快上手，注意以下几点：

• 着色器有顶点着色器和片元着色器两种；参考下图，顶点着色器在第一个，片元着色器在最后一个；注意，在顶点着色器中处理顶点，片元着色器处理像素点颜色，那么对于一条线段，顶点着色器只会处理俩个顶点的坐标、颜色等信息，线段上的点会由插值生成。
  
  
• 如下，是一个顶点着色器。出现了attribute、uniform、varying这类修饰符，遇到这些可以看 这里 ，有详细的概念介绍。
  需要注意的是，glsl是严格的类型匹配，int和float进行运算会出错。
  顶点着色器的目标是输出顶点，所以gl_Position必须赋值

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
uniform mat4 rotateMatrix;
varying lowp vec2 varyTextCoord;
void main()
{
    varyTextCoord = textCoordinate;
    
    vec4 vPos = position;

    vPos = vPos * rotateMatrix;

    gl_Position = vPos;
}

• 如下，这是一个片元着色器。注意，在片元着色器，数字变量都要有类似lowp的精度描述。
  片元着色器的目标是输出像素颜色，gl_FragColor必须赋值

varying lowp vec2 varyTextCoord;
uniform sampler2D colorMap;
void main()
{
    gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}

这里有一个详细的博客，讲得很好。

3、简单图形变换

几何变换有比例、旋转、平移、对称、错切，这里我们介绍简单的旋转变换。
先给出结论：对于一个图形进行旋转变换，相当于对每个顶点乘以一个旋转变换矩阵。矩阵如下：

旋转矩阵.png

对于顶点的变换，我们可以放在OC代码里面来实现，把顶点变换完成后，把顶点输入到OpenGLES；也可以在glsl代码实现，把顶点变换交给gpu来完成。这里我们采用的是后者。
如下：

    GLuint rotate = glGetUniformLocation(self.myProgram, "rotateMatrix");
    
    float radians = 10 * 3.14159f / 180.0f;
    float s = sin(radians);
    float c = cos(radians);
    
    //z轴旋转矩阵
    GLfloat zRotation[16] = { //
        c, -s, 0, 0.2, //
        s, c, 0, 0,//
        0, 0, 1.0, 0,//
        0.0, 0, 0, 1.0//
    };
    
    //设置旋转矩阵
    glUniformMatrix4fv(rotate, 1, GL_FALSE, (GLfloat *)&zRotation[0]);
    

细心的开发者会发现，这里的z轴旋转矩阵和上面给出来的旋转矩阵并不一致。
究其原因就是OpenGLES是列主序矩阵，对于一个一维数组表示的二维矩阵，会先填满每一列（a[0][0]、a[1][0]、a[2][0]、a[3][0]）。
把矩阵赋值给glsl对应的变量，然后就可以在glsl里面计算出旋转后的矩阵。

思考题

• 1、为什么熊猫的反的？要如何解决？
• 2、在这个样例中，顶点着色器调用次数和片元着色器调用次数哪个多？
• 3、glsl里面的变量可以通过glUniform进行赋值，那么是否可以在编译成功后或者链接成功后直接进行赋值？

总结

这一篇的内容作为教程2难度有点大，特别是shader和glsl语言容易让人兴趣直接降到谷底，如果觉得难，可以暂时不用管glsl语言。
待熟悉GLKBaseEffect后，再回来学习glsl也不迟。
代码点我

思考题答案

1、纹理坐标系的(0, 0)在左下角；

2、片元着色器。顶点着色器调用次数与顶点数量有关，片元着色器调用与像素多少有关系。

3、一个一致变量在一个图元的绘制过程中是不会改变的，所以其值不能在glBegin/glEnd中设置。一致变量适合描述在一个图元中、一帧中甚至一个场景中都不变的值。一致变量在顶点shader和片断shader中都是只读的。首先你需要获得变量在内存中的位置，这个信息只有在连接程序之后才可获得。